天发地收高频雷达展宽海杂波建模与抑制技术研究

发布时间：2017-03-18 18:00

  本文关键词：天发地收高频雷达展宽海杂波建模与抑制技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于天波发射-地波接收组合传播模式下的高频超视距雷达兼具天波传播距离远、覆盖范围大以及地波绕海面传播稳定的双重优点,并且具有双基地雷达固有的隐蔽性和抗干扰能力。然而天发地收组合传播模式下的海杂波受双基地角以及电离层扰动等因素的复合影响,海杂波谱展宽严重且形态复杂,严重影响舰船目标的检测。本文依据天发地收组合模式高频雷达的探测原理,深入分析了海杂波展宽的内在机理和特性,建立了展宽海杂波模型,在此基础上开展了海杂波抑制方法研究,并利用实测数据分别对海杂波模型和抑制方法进行了验证。本文的研究可为天发地收组合模式高频雷达实现展宽海杂波背景下的目标检测提供一定的理论基础和技术支持。本文围绕以上研究内容,开展的主要工作可概括如下:1、深入研究了天发地收组合模式下一阶海杂波的展宽机理及特性。海杂波展宽机理及特性分析是后续展宽海杂波模型和海杂波抑制方法研究的重要理论依据。首先,结合该体制雷达的探测原理和几何架构,依据双基地海杂波谐振散射条件,分析了一阶海杂波谱的展宽机理;其次,在综合考虑多因素对海杂波复合作用的基础上,推导了一阶海杂波Bragg频率的理论计算公式以及Bragg频谱的展宽范围;然后,分别对电离层、擦地角和双基地角等单因素以及复合因素作用下的一阶海杂波频移和展宽特性进行了理论分析,同时仿真分析了不同距离和不同波束指向处海杂波的分布和展宽特性;最后,依据实测数据与理论分析结果进行了对比验证。2、基于Bragg散射理论深入研究了天发地收组合模式理想宽波束下的双基地海杂波谱模拟方法。未受电离层扰动影响的理想宽波束下的海杂波谱展宽主要是由不同空间位置上的双基地角引起的,此时窄波束情况下得到的海杂波谱模型将不能真实全面地反映海杂波谱形态。为全面分析和模拟天发地收组合模式理想宽波束下的海杂波谱特征,首先在距离和固定的条件下,分析了一阶海杂波的空间几何分布以及理想窄波束下的散射频率特性;然后,考虑到理想天波信号掠射海面时,由于接收宽波束覆盖范围的各分辨单元内双基地角度不同所引起的海杂波谱展宽特性,基于海杂波Bragg散射理论和散射区均分法建立了天发地收组合模式理想宽波束下的海杂波功率谱模型;最后,依据系统布局仿真分析了一阶海杂波谱的双基地分布和展宽特性。这为后续建立基于双基地角和电离层相径扰动复合作用下的展宽海杂波模型提供一定的理论依据。3、基于电离层的传播特性和扰动机理,分析了电离层相径扰动对海洋回波谱的影响。电离层相径扰动的本质是电子浓度时变,导致相位路径产生时变,从而引起回波谱展宽。因此,首先深入分析了电离层的介质特性;其次,在深入研究电离层相径扰动产生机理的基础上,结合电离层混合结构模型以及解析射线追踪技术,提出了基于电离层传播特性的相径扰动模拟方法,并仿真分析了不同的电离层扰动状态对海洋回波谱的影响;最后,理论分析了电离层对天发地收组合模式下海杂波分辨单元的限制以及雷达可探测舰船的最小散射截面积(RCS)。基于电离层传播特性的相径扰动模拟方法为后续展宽海杂波的建模以及抑制方法研究提供了理论依据。4、在明确海杂波展宽机理的基础上,根据前面研究的“天发地收组合模式理想宽波束下的双基地海杂波谱模拟方法”和“基于电离层传播特性的相径扰动模拟方法”,并综合分析电离层相径扰动以及双基地角共同作用时对一阶海杂波谱分布和展宽特性的影响,在此基础上建立了天发地收组合模式下的展宽一阶海杂波模型;然后,基于建立的展宽一阶海杂波模型,依据具体的双基地系统布局和电离层介质参数仿真分析了双基地角和电离层相径扰动对海杂波谱的影响;最后,利用实测数据对一阶海杂波分布和展宽特性的理论分析以及建立的展宽海杂波模型分别进行了验证。一阶海杂波展宽模型的建立将为后续相应的海杂波抑制方法提供一定的理论基础和技术支持。5、根据天发地收组合模式高频雷达一阶海杂波的特性以及建立的展宽海杂波模型,从级联抑制和联合抑制两种途径探讨了展宽海杂波的抑制方法。首先,介绍了展宽海杂波的级联抑制处理整体方案;针对电离层相径扰动引起的海杂波展宽情况,提出了基于S2-method级联校正的电离层相径扰动抑制方法;在电离层相径扰动抑制的基础上,针对双基地角引起的海杂波展宽问题,基于海杂波的理论分布和多维特征,提出了基于前后向预测(FBLP)算法的双基地海杂波抑制方法;接着,基于一阶海杂波谱的空时耦合特性,采用降维的空时自适应处理(STAP)—局域联合处理算法(JDL)对展宽海杂波进行了空时二维联合抑制,并仿真分析了不同的电离层扰动状态对JDL算法抑制性能的影响,同时提出了基于先验知识的海杂波抑制方法;最后,利用实测数据分别对上述理论仿真结果进行了验证。
【关键词】：天发地收组合模式高频雷达 双基地角 电离层相径扰动 展宽海杂波模型 海杂波抑制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN958.93
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-31
• 1.1 课题背景和意义15-17
• 1.1.1 研究背景15-17
• 1.1.2 研究目的和意义17
• 1.2 国内外研究现状17-26
• 1.2.1 天发地收混合体制高频雷达研究现状17-19
• 1.2.2 海浪回波特性及模拟方法研究现状19-22
• 1.2.3 展宽海杂波的抑制技术研究现状22-25
• 1.2.4 小结25-26
• 1.3 本文的主要研究内容和结构26-31
• 1.3.1 需要解决的问题26-27
• 1.3.2 本文结构安排27-31
• 第2章 天发地收组合模式下海杂波展宽机理及特性分析31-52
• 2.1 引言31-32
• 2.2 天发地收混合体制高频雷达概述32-35
• 2.2.1 系统布局和工作原理32-33
• 2.2.2 雷达方程及探测能力分析的基本模型33-34
• 2.2.3 定位原理34
• 2.2.4 信号处理的基本框架34-35
• 2.3 天发地收组合模式下一阶海杂波展宽机理分析35-41
• 2.3.1 海杂波产生机理35-36
• 2.3.2 一阶海杂波展宽的机理分析36-38
• 2.3.3 一阶海杂波谱展宽的一般表达式38-41
• 2.4 一阶海杂波频移与展宽特性分析41-51
• 2.4.1 一阶海杂波频移理论分布特性分析41-43
• 2.4.2 一阶海杂波理论展宽特性分析43-51
• 2.5 本章小结51-52
• 第3章 天发地收组合模式下展宽一阶海杂波模型52-103
• 3.1 引言52-53
• 3.2 天发地收组合模式理想宽波束下的双基地海杂波谱模拟53-63
• 3.2.1 一阶海杂波的空间几何分布53-55
• 3.2.2 理想宽波束下的一阶海杂波功率谱模型55-61
• 3.2.3 理想宽波束下的海杂波谱仿真分析61-63
• 3.3 电离层相径扰动对海洋回波谱的影响研究63-89
• 3.3.1 电离层介质特性介绍64-66
• 3.3.2 基于电离层传播特性的相径扰动模拟方法66-76
• 3.3.3 电离层相径扰动对海杂波谱形态影响的仿真分析76-83
• 3.3.4 电离层对海杂波分辨单元的限制83-89
• 3.4 天发地收组合模式下的展宽一阶海杂波模型89-95
• 3.4.1 一阶展宽海杂波的仿真理论89-90
• 3.4.2 一阶展宽海杂波的仿真模型推导及化简90-95
• 3.5 天发地收组合模式下的展宽一阶海杂波模型的仿真分析95-101
• 3.5.1 一阶海杂波谱的双基地特征仿真分析95-98
• 3.5.2 电离层扰动与双基地角共同作用时海杂波谱仿真分析98-101
• 3.6 本章小结101-103
• 第4章 实测数据对海杂波特性及模型的验证103-133
• 4.1 引言103
• 4.2 实验系统布局及参数103-104
• 4.3 一阶海杂波谱分布及特性分析的验证104-116
• 4.3.1 一阶海杂波谱分布特性的验证105-108
• 4.3.2 一阶海杂波谱展宽范围的验证108-111
• 4.3.3 一阶海杂波展宽主导因素分析111-113
• 4.3.4 一阶海杂波幅度统计特性113-116
• 4.4 一阶展宽海杂波谱模型及谱特征的验证116-132
• 4.4.1 一阶海杂波谱的双基地空间分布特性验证117-120
• 4.4.2 不同电离层扰动对海杂波谱影响的验证120-124
• 4.4.3 电离层扰动和双基地角共同作用时对海杂波谱影响的验证124-127
• 4.4.4 海洋动力学因素作用下的海杂波谱特征分析127-132
• 4.5 本章小结132-133
• 第5章 天发地收组合模式下展宽海杂波的抑制133-170
• 5.1 引言133-134
• 5.2 展宽海杂波的级联处理134-154
• 5.2.1 展宽海杂波的级联抑制处理方案134-135
• 5.2.2 基于S2-method级联校正的电离层相径扰动抑制方法135-139
• 5.2.3 基于FBLP算法的双基地海杂波抑制方法139-145
• 5.2.4 理论仿真分析145-154
• 5.3 展宽海杂波的空时二维联合处理154-161
• 5.3.1 局域联合处理算法原理155-156
• 5.3.2 JDL算法性能分析156-158
• 5.3.3 电离层相径扰动对JDL算法性能影响分析158-159
• 5.3.4 基于先验知识的海杂波抑制方法159-161
• 5.4 实测数据处理结果161-168
• 5.4.1 展宽海杂波的级联抑制处理结果161-165
• 5.4.2 展宽海杂波的空时二维联合抑制处理结果165-168
• 5.5 本章小结168-170
• 结论170-174
• 参考文献174-185
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果185-188
• 致谢188-189
• 个人简历189

【参考文献】

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本文编号：254783